Un sistema de fabricación flexible (FMS) mejora la productividad y lo hace más eficiente. Mantener niveles de fiabilidad y reducir costos a través de estrategias de mantenimiento adecuadas son problemas clave para el desarrollo y la aplicación de un FMS. Este documento propone una estrategia de mantenimiento preventivo agrupado de un FMS con parámetros optimizados, considerando tanto la fiabilidad como el costo. En este trabajo, se presenta primero un sistema de índices de evaluación de tres capas para estimar con precisión la fiabilidad del FMS; los pesos de los índices de cada capa se obtuvieron mediante modelado y análisis de importancia de fiabilidad, considerando estrategias de mantenimiento. Se propone una estrategia de mantenimiento preventivo por agrupación de elementos basada en un análisis de influencia, y se estableció un problema de optimización de parámetros (considerando la fiabilidad y los costos de mantenimiento). En esta estrategia, se presentan tres métodos de mantenimiento para los elementos, incluyendo mantenimiento de bajo nivel con un período largo, mantenimiento de bajo nivel con un período corto, así como la combinación de mantenimiento de bajo nivel con un período corto y mantenimiento de alto nivel con un período largo; se analizaron los efectos de la mejora de la fiabilidad de los elementos en la fiabilidad del subsistema para proporcionar evidencia para la agrupación de elementos. Finalmente, el método propuesto se aplicó a un FMS de acabado de piezas en caja; los resultados indican que este método puede reducir efectivamente los costos de mantenimiento bajo la premisa de satisfacer los requisitos de fiabilidad.